Разработка ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сырца

На правах рукописи

ВОРВУЛЬ Артем Георгиевич

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ

СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

И ТРОСТНИКОВОГО СЫРЦА

05.18.05 – Технология сахара и сахаристых продуктов,

чая, табака и субтропических культур

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар - 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО

«Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук

Решетова Раиса Степановна

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Донченко Людмила Владимировна

кандидат технических наук

Гаврилов Алексей Михайлович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Краснодарский НИИ хранения и

переработки сельскохозяйственной

продукции Россельхозакадемии»

Защита состоится 27 декабря 2011 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-251.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 27 ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

канд. техн. наук В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность проблемы. Согласно поручению Президента Российской Федерации Д.А. Медведева Минсельхозу РФ при разработке Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2017 гг. необходимо предусмотреть мероприятия по технической и технологической модернизации в пищевой, в том числе и сахарной промышленности, внедрению в производство современных инновационных технологий в целях снижения стоимости готовой продукции на потребительском рынке.

На основании вышеизложенного и учитывая то, что в настоящее время значительная часть сахара (более 40 %) производится из зарубежного сырья – тростникового сахара-сырца, в комплексе мер по повышению эффективности сахарного производства целесообразно рассмотреть технологию совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, позволяющей сократить удельный расход рабочей силы и топлива, снизить себестоимость готовой продукции, значительно увеличить годовую выработку сахара. Однако, до настоящего времени совместная переработка сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца не нашла широкого применения на отечественных свеклосахарных заводах, из-за отсутствия универсальных и рациональных способов её осуществления с технологической и экономической точек зрения. В связи с этим, разработка принципиально новой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающей более эффективное использование производственных материалов, оборудования и энергоресурсов, позволяющих снизить себестоимость товарного сахара, является актуальной.

1.2 Цель и задачи исследований. Целью работы явилась разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение, систематизация и анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- разработка эффективного способа повышения степени удаления несахаров из диффузионного сока;

- определение оптимального соотношения компонентов смеси из сиропа,

получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, для совместной известково-углекислотной очистки (ИУО);

- исследование эффективности совместной ИУО сиропа, получаемого из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца;

- определение оптимальных параметров ИУО концентрированных сахаросодержащих полупродуктов;

- исследование влияния электромагнитного поля крайне низких частот (ЭМП КНЧ) на технологические показатели сахарной свеклы при хранении;

- определение воздействие ЭМП КНЧ на эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, качественный состав получаемых сахаросодержащих полупродуктов и выход сахара;

- исследование влияния предварительной обработки сахаросодержащего сиропа ЭМП КНЧ на развитие микрофлоры при его хранении;

- разработка способов повышения эффективности работы продуктового отделения сахарного завода;

- разработка ресурсосберегающей технологии переработки сахарной свеклы, включающей технологическую схему совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

- оценка экономической эффективности от внедрения в производство предлагаемой ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца.

1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы и клеровки тростникового сахара-сырца, позволяющей снизить технологические затраты материалов и энергоресурсов на производство сахара.

Экспериментально определены и оптимизированы параметры технологических режимов совместной ИУО смеси сиропа из сахарной свеклы, первого оттека утфеля I и клеровки желтого сахара конечного утфеля.

Определены оптимальные параметры ЭМП КНЧ для обработки свекловичной стружки перед диффузией, при которых наблюдается максимальное извлечение сахарозы.

Выявлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на стабильность физико-химических свойств концентрированных сахаросодержащих растворов при их хранении за счет подавляющего воздействия ЭМП КНЧ на развитие микрофлоры в данных растворах.

Научно обоснована и разработана ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, обеспечивающая снижение расхода вспомогательных материалов и повышение выхода готовой продукции.

Научная новизна предлагаемых технических и технологических решений подтверждена патентами РФ на изобретение № 2398885 «Способ извлечения сахарозы из свекловичной стружки» и на полезную модель № 109462 «Технологическая схема совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца».

1.4 Практическая значимость и реализация результатов исследования. Разработан способ совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца, основанный на подаче клеровки сахара-сырца на совместную ИУО с сиропом после III корпуса пятикорпусной выпарной установки (ПВУ). Способ апробирован в производственных условиях.

Установлено положительное воздействие ЭМП КНЧ на сохранность корнеплодов сахарной свеклы и эффективность извлечения сахарозы из свекловичной стружки, позволяющее увеличить выход сахара на 0,4-0,5 % к массе свеклы. Эффективность данного способа подтверждена производственными испытаниями на ОАО «Кристалл-2» (Краснодарский край).

Разработана и предложена к внедрению ресурсосберегающая технология совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца с возможным выводом сахарного сиропа после выпарной установки на хранение.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство разработанной ресурсосберегающей технологии совместной переработки сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца составит 1490 руб. дополнительной прибыли на 1 т товарного сахара.

1.5 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований доложены, обсуждены и одобрены на: III научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» (г. Магнитогорск, 2008 г.), на VII Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Республика Беларусь, г. Могилев, 2009 г.), на Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья» (г. Геленджик, 2011 г.), на Международной научно-практической конференции «О проблемах обеспечения сохранности, качества и безопасности материальных ценностей, поставляемых на длительное хранение в государственный резерв с учетом современных инновационных технологий» (г. Москва, 2011 г.), на ежегодных научных семинарах кафедры «Технологии сахаристых продуктов, чая, кофе, табака» КубГТУ (2007-2011 гг.).

1.6 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ: на изобретение и полезную модель.

1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 137 страницах, содержит 24 рисунка и 19 таблиц. Список литературы включает 180 источников, в том числе 18 – зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали корнеплоды сахарной свеклы, свекловичную стружку, диффузионный сок, сахарный сироп, полученный из свеклы и соответствующий по концентрации СВ сиропу после III корпуса ПВУ, сироп после ПВУ, первый оттек утфеля I, клеровку тростникового сахара-сырца, клеровку желтого сахара утфеля III, смесь сиропа, клеровки тростникового сахара-сырца и желтого сахара утфеля III, белый сахар-песок (товарный сахар).

2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали общепринятые в пищевой промышленности методы исследований, в том числе предусмотренные Инструкцией по химико-технологическому контролю сахарного производства (Киев: ВНИИСП, 1983 г.).

Содержание сахарозы определяли поляриметрическим методом на сахариметре марки СУ-5; содержание сухих веществ определяли рефрактометрическим методом на рефрактометре марки УРЛ-2; значения рН-среды определяли потенциометрическим иономером рН-150М; содержание солей кальция – комплексометрическим методом; содержание высокомо-лекулярных соединений – методом А.В. Думанского и С.Е. Харина; содержание редуцирующих веществ – методом Мюллера; цветность - фотометрическим методом на спектрофотометре КФК-3; щелочность растворов – методом кислотно-основного титрования с использованием бюретки Капуса.

Статистическую обработку полученных результатов исследований проводи-ли с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью программ Microsoft Office Excel 2007 и Statis-tica 6.0 for Windows. Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Повышение степени удаления несахаров из диффузионного сока. Известно, что при очистке более концентрированных сахаросодержащих растворов эффективность использования адсорбционных свойств карбоната кальция по общим несахарам возрастает в 4-5 раз, что равносильно увеличению расхода извести на очистку сока на 1-1,2 %. Это служит обоснованием возможности достижения бльших суммарных эффектов очистки при меньших затратах извести.

В связи с чем, проведены лабораторные исследования по определению целесообразности переноса II сатурации с дополнительной дефекацией перед ней на очистку сиропа после III корпуса ПВУ по схеме, представленной на рисунке 2.

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

Известково-углекислотную очистку диффузионного сока в эксперимен-тальных исследованиях проводили по трем вариантам.

В первом варианте (контрольный) предварительную и основную дефекацию проводили в горячем режиме. Расход извести на преддефекацию составлял 0,3 % СаО к массе свеклы, на основную дефекацию - 2,0 % СаО к массе свеклы. Очищенный сок сгущали до концентрации СВ 64-65 %.

Во-втором, преддефекацию и основную дефекацию осуществляли аналогично первому варианту, но с меньшим расходом извести на основную дефекацию – 1,5 % СаО к массе свеклы. Далее проводили карбонизацию (снижение щелочности дефекованного сока на 20 %), смешивали одну часть

Рисунок 2 – Схема проведения ИУО диффузионного сока

карбонизированного сока с пятью частями глубоко пересатурированного сока (рН 6,8-7,2), смесь сатурировали до рН 9,8–10,5, фильтровали, подогревали до 90 °С, проводили дополнительную дефекацию с расходом извести 0,3 % СаО к массе свеклы и II сатурацию. После II сатурации сок фильтровали. Фильтрат окончательно сгущали до концентрации СВ 64-65 %.

В-третьем, использовали очистку диффузионного сока аналогично второму варианту, включая I сатурацию, далее сок фильтровали, подогревали и проводили сгущение до концентрации СВ 50-52 %, соответствующей концентрации сиропа после III корпуса ПВУ. Полученный сироп обрабатывали известковым молоком (щелочность 0,8 % СаО к массе сиропа). Длительность процесса дефекации составляла 5-7 мин. Одну часть дефекованного сиропа сатурировали до снижения щелочности на 35-40 %, а пять частей сатурировали до рН 6,8-7,2, затем их смешивали и смесь сатурировали до pH 8,6-8,8, соответствующего минимальному содержанию солей кальция. После сатурации сироп фильтровали. Фильтрат окончательно сгущали до концентрации СВ 64-65 %.

Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение показателей качества сиропа после выпарной установки

в зависимости от варианта ИУО

Показатели	I вариант	II вариант	III вариант
Ч диффузионного сока, %	86,78	86,78	86,78
Сх сиропа, %	58,65	58,60	58,50
СВ сиропа, %	65,00	64,40	63,60
Ч сиропа, %	90,23	91,00	91,98
рН	8,6	9,0	8,8
Цв сиропа, усл. ед.	35,4	29,6	24,8
РВ, % к массе СВ	0,448	0,321	0,072
Са соли, % СаО к массе СВ	0,388	0,340	0,201
Эффект очистки, %	28,92	35,08	42,76

Полученные результаты свидетельствуют о том, что перевод дополнитель-ной дефекации и II сатурации из схемы очистки сока на очистку сиропа после III корпуса ПВУ позволяет:

- снизить содержание редуцирующих веществ в сиропе после очистки более чем в 6 раз (с 0,448 до 0,072 % к массе СВ);

- уменьшить содержание солей Са в сиропе в 1,9-2,0 раза (с 0,388 до 0,201 % СаО к массе СВ);

- повысить чистоту сиропа на 1,6-1,8 % и, как следствие, увеличить эффект очистки более чем на 13 %.

3.2 Определение оптимального соотношения «сироп после III корпуса ПВУ: клеровка тростникового сахара-сырца». Целью исследований на данном этапе являлось определение целесообразности совместной ИУО сиропа из свеклы с клеровкой тростникового сахара-сырца. Для этого в первую очередь определяли изменение качества смеси (сироп после III корпуса ПВУ: клеровка тростникового сахара-сырца) в разном соотношении её компонентов. В сироп, полученный из свеклы и соответствующий по концентрации СВ сиропу после III корпуса ПВУ, добавляли клеровку тростникового сахара-сырца в количествах, соответствующих 5 %, 10 %, 15 % и 20 % сахара-сырца к массе свеклы. В каждой пробе определяли содержание сахарозы, сухих веществ, чистоту, кальциевых солей и цветность (таблица 2).

Таблица 2 – Зависимость показателей качества сиропа из свеклы от количества

вводимого тростникового сахара-сырца в виде клеровки

Наименование продукта	Сх, %	СВ, %	Ч, %	Са-соли, % к СВ	Цв, усл.ед.
Клеровка сахара-сырца	62,25	64,7	96,21	0,029	37,1
Сироп III корпуса выпарки:
+0 % сахара-сырца к массе свеклы	47,45	53,1	89,36	0,320	22,3
+5 % сахара-сырца к массе свеклы	48,55	53,9	90,07	0,224	24,8
+10 % сахара-сырца к массе свеклы	49,70	54,4	91,36	0,233	25,4
+15 % сахара-сырца к массе свеклы	50,95	55,2	92,30	0,241	25,9
+20 % сахара-сырца к массе свеклы	52,05	56,0	92,95	0,250	26,5